Chris Slootweg in Nature Chemistry: 'Groene Chemie is een achterhaald concept'

UvA-onderzoeker presenteert twaalf principes van de toekomstige Circulaire Chemie

7 maart 2019

In een recent artikel in Nature Chemistry introduceert universitair hoofddocent Chris Slootweg van het UvA-onderzoekszwaartepunt Sustainable Chemistry een nieuw concept voor duurzame chemie. Hij presenteert de twaalf principes van de Circulaire Chemie, naar analogie van de bekende twaalf principes van de Groene Chemie. Slootweg hoopt op een paradigmaverschuiving in de chemie, die nodig is om een circulaire economie tot stand te brengen.

Slootweg is ontevreden met het concept van Groene Chemie dat in de chemiesector het duurzaamheidsdenken bepaalt. Het werd precies twintig jaar geleden gepresenteerd door twee chemici van Yale University en het Massachusetts Institute of Technology (MIT). Het kent ook twaalf principes, die een soort 'tien geboden' van de verantwoorde chemie zijn geworden. 'Maar', zegt Slootweg nu, 'Groene Chemie is een achterhaald concept. Het vertegenwoordigt het 'oude denken', omdat het een lineaire productieketen optimaliseert, terwijl we toe moeten naar circulaire processen.'

Slootweg presenteert het concept van Circulaire Chemie als een uitbreiding van de duurzaamheidsbenadering van de chemie, waarbij de volledige levenscyclus van chemische producten in ogenschouw wordt genomen. 'We moeten de huidige lineaire benadering van de chemie vervangen door circulaire scheikundige processen, en gaan werken aan een afvalvrije chemische industrie die in een gesloten kringloop opereert.'

Oneindig hergebruik

Dr Chris Slootweg. Foto: HIMS

De twaalf principes die Slootweg en oud-masterstudenten van de UvA, Tom Keijer en Vincent Bakker, nu in Nature Chemistry presenteren, vormen de basis voor een optimale grondstoffenefficiëntie in chemische waardeketens. 'Het concept van de circulaire economie gaat uit van het behoud van de intrinsieke waarde van producten en materialen", zegt Slootweg. "De chemie kan daarin een cruciale rol spelen. Als we chemische processen echt circulair maken, zijn producten vrijwel oneindig te hergebruiken. Dan is in principe alleen nog energie nodig om de kringloop te sluiten.'

Een benadering in termen van levenscyclus en circulariteit houdt voor Slootweg in dat de chemie zichzelf opnieuw zal uitvinden. Nieuwe chemische producten en processen zullen afval als grondstof benutten. 'Dan kunnen we echt op weg naar een circulaire economie en het verzekeren van een duurzame toekomst, zoals beschreven in de Doelen voor Duurzame Ontwikkeling van de Verenigde Naties.'

De twaalf principes van de circulaire chemie

  1. Verzamel en gebruik afval
    Afval als grondstof beschouwen is een absolute voorwaarde voor circulariteit. Om tot volledige circulatie van moleculen en materialen te komen, moeten afvalstromen worden ingezet als chemische grondstof. Dit zou voor alle chemische syntheses die tot verhandelbare producten leiden een no-brainer moeten zijn.
  2. Maximaliseer de circulatie van atomen
    Circulaire processen moeten gericht zijn op de maximale benutting van de atomen uit de oorspronkelijke materialen. Dit vereist een geoptimaliseerd productontwerp dat een efficiënte scheiding en zuivering mogelijk maakt. Zo wordt het meeste afval de grondstof voor het volgende proces.
  3. Optimaliseer grondstoffenefficiëntie
    Hernieuwbare grondstoffen verwerkt in biobased materialen zijn interessant voor de chemische industrie. Ze worden doorgaans gezien als alternatief voor conventionele materialen (gebaseerd op olie). Maar ook biobased materialen worden in traditionele lineaire processen gesynthetiseerd, en doorgaans ontbreken duurzame opties voor het einde van hun levensduur. In Circulaire Chemie worden materialen continu in de waardeketen teruggebracht voor hergebruik. Dat leidt tot optimale grondstoffenefficiëntie en tot het behoud van grondstoffen met eindige voorraden - welke bron het materiaal ook heeft.
  4. Streef naar het behouden van chemische energie
    Bij het hergebruik van afvalmateriaal als grondstof is het van belang in te zetten op recirculatie van moleculen en materialen met de hoogste bindingsenergie. Daarbij is het zaak zoveel mogelijk van hun hernieuwbare energie-inhoud te behouden en de energie-efficiëntie te maximaliseren. Door de energie die is opgeslagen in materialen te beschouwen als een investering voor de lange termijn, leidt Circulaire Chemie tot energiebehoud, en is voor recycling slechts een minimale hoeveelheid energie nodig.
  5. Verbeter de efficiëntie van processen
    Er zijn innovaties nodig om zowel de recycling (scheiding) van materialen tijdens het chemische proces te bevorderen, als de herbestemming van gebruikte producten na de productie. Daarvoor zijn chemische of biochemische methoden nodig die het primaire gebruik van grondstoffen verminderen en de benutting van hulpbronnen optimaliseren.
  6. Geen toxiciteit buiten de fabriek
    Circulaire Chemie streeft naar het minimaliseren van de schadelijke impact van chemicaliën. Het gebruik van gevaarlijke stoffen kan in een fabriek onvermijdelijk zijn, maar ze mogen niet in het milieu terechtkomen. Dit vereist verdere conglomeratie van chemische bedrijventerreinen en een nauwer samenwerkingsverband tussen bedrijven.
  7. Streef naar optimaal ontwerp
    Productontwerp moet gericht zijn op het meest gunstige einde van de gebruiksduur, waarbij ophoping in het milieu en afbraak tot schadelijke producten voorkomen moet worden. Hoewel biologisch afbreekbare kunststoffen vaak als duurzaam worden gezien, ziet men vaak over het hoofd dat gedeeltelijk gedegradeerde polymeren meer schade aan het milieu kunnen toebrengen dan de plastic fles zelf. Het verdient daarom de voorkeur om iedere afvalstroom in te zamelen en deze in speciale installaties om te zetten in materialen met een toegevoegde waarde.
  8. Beoordeel duurzaamheid
    De beoordeling van milieu- en duurzaamheidseffecten, zoals in een levenscyclusanalyse (LCA), zou op de voorgrond moeten staan. LCA helpt inefficiënties in de huidige chemische processen te identificeren, en biedt houvast voor evaluatie van duurzaamheidsaspecten van de volledige levenscyclus van een chemisch product.
  9. Pas de ladder van circulariteit toe
    De 'ladder van circulariteit' (reject, reduce, reuse, redistribute, repair, refurbish, repurpose, remanufacture, recycle, recover, return) biedt een manier om de opties voor het einde van de levensduur van een product te beoordelen. Circulaire Chemie streeft naar het hoogste niveau van recycling en houdt hierbij rekening met de noodzakelijke scheiding en opzuivering van een degraderend product.
  10. Verkoop diensten in plaats van producten
    Een chemische industrie gebaseerd op dienstverlening is essentieel voor Circulaire Chemie. Bedrijven beschikken over de middelen en de kennis om chemische producten terug te halen en deze een nieuwe functie te geven. Ook zijn ze het beste uitgerust voor het beheer van moleculaire kringlopen. Dit zal leiden tot efficiënter gebruik van chemicaliën, en een gunstig effect hebben op gezondheid, veiligheid, milieu en economie.
  11. Verwerp het lock-in scenario
    Innovaties op het gebied van de Circulaire Chemie moeten gericht zijn op de transitie naar circulariteit. Door het verwerpen van een lock-in scenario worden kansen gecreëerd voor duurzame lange-termijnambities. Het bedrijfsleven en de overheid moeten flexibel zijn in termen van regelgeving om zo innovaties mogelijk te maken.
  12. Verenig de industrie en realiseer coherent beleid
    Industrie en beleid moeten de handen ineenslaan om de acceptatie, ontwikkeling en implementatie van Circulaire Chemie te faciliteren. Er is ondersteunend beleid nodig om ervoor te zorgen dat de waardeketen evenwichtig verdeeld is over de gehele cyclus van de materialenkringloop.

Het artikel en het concept circulaire chemie zijn deels voortgekomen uit een Take-off en Vidi-subsidie.

Bron: Universiteit van Amsterdam UvA